エクスプローラー51

エクスプローラー51

エクスプローラー51号衛星
名前	AE-C 大気圏探査機C
ミッションタイプ	地球科学
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
コスパーID	1973-101A
SATCAT番号	06977
宇宙船の特性
宇宙船	エクスプローラー LI
宇宙船の種類	大気圏探査機
バス	AE
メーカー	ゴダード宇宙飛行センター
打ち上げ質量	658 kg (1,451 ポンド)
寸法	直径140cm（55インチ）
ミッション開始
発売日	1973 年 12 月 16 日、 06:18:00 UTC [1]
ロケット	トールデルタ 1900 (トール 585 / デルタ 099)
発射場	ヴァンデンバーグ、SLC-2W
請負業者	ダグラス・エアクラフト・カンパニー
入隊	1973年12月16日
ミッション終了
減衰日	1978年12月12日[2]
軌道パラメータ
参照システム	地球中心軌道[3]
政権	中軌道
近地点高度	149 km (93 マイル)
遠地点高度	4,294 km (2,668 マイル)
傾斜	68.10°
期間	132.30分
楽器
小型静電加速度計 (MESA) ベネットイオン質量分析計 (BIMS)静電 容量マノメーター クローズドソース 中性質量分析計 冷陰極イオンゲージ 円筒 型静電プローブ (CEP) 極端太陽紫外線モニター (ESUM) 低エネルギー電子 (LEE) 磁気イオン質量分析計 (MIMS) 中性大気温度 (NATE) オープンソース中性質量分析計 光電子分光計 (PES) 遅延電位分析装置/ドリフトメーター (RPA) 温度アラーム 紫外線一酸化窒素 (UVNO) 可視大気光光度計 (VAE)
エクスプローラープログラム 大気圏探査機

エクスプローラー51号は、 AE-C（大気圏探査機C）としても知られ、 NASAの 大気圏探査機シリーズに属する科学衛星であり、 1973年12月16日午前6時18分（UTC）にデルタ1900ロケットでヴァンデンバーグから打ち上げられた。^[1]

AE-C 宇宙船は、直径約 140 cm (55 インチ) の多面体でした。重量は、85 kg (187 ポンド) の計器類を含めて 658 kg (1,451 ポンド) でした。当初の楕円軌道は、1.6 kg (3.5 ポンド) のスラスタを使用する搭載推進システムによって、最初の 1 年間に何度も変更されました。これらの変更の目的は、近地点高度を 129 km (80 マイル) に変更することでした。この期間の後、軌道は円形になり、定期的に約 390 km (240 マイル) まで上昇し、その後 250 km (160 マイル) の高度まで低下しました。最初の 1 年間で、近地点の緯度は、北緯約 10 度から 68 度まで上昇し、その後南緯約 60 度まで低下しました。宇宙船は、公称 4 rpmで回転するか、1 周回あたり 1 回転に減速するかの 2 つのモードで運用できます。スピン軸は軌道面に対して垂直です。電力は太陽電池アレイによって供給されます。宇宙船は、リアルタイムまたはテープレコーダーモードで動作する PCMテレメトリデータ システムを使用します。ペイロードには、太陽紫外線、陽イオンと中性粒子の組成、中性粒子、陽イオン、電子の密度と温度、大気光の放出、光電子エネルギー スペクトル、および 25 keVまでの陽子と電子のフラックスを測定するための機器が含まれています。^[4]

エクスプローラー51号のミッションの目的は、熱圏を調査することであり、特にその状態を支配するエネルギーの伝達とプロセスに重点を置いていた。地球の大気圏における太陽紫外線 の吸収に伴う光化学プロセスの研究は、反応成分と太陽光入力を密接に調整した測定を行うことで達成された。^[4]

エクスプローラー51号のデータは、衛星周囲の角度荷重分布を取得し、それをエクスプローラー32号のデータと比較し、地球の大気中の水酸化イオン放出をモデル化するために役立ちました。 ^[5]

衛星には、太陽からの紫外線 放射、温度、陽イオン、中性粒子、電子の組成と密度、大気の発光、光電子のエネルギースペクトル、最大25keVのエネルギーを持つ陽子と電子の流れを測定する機器が搭載されていました。^[6]

小型静電分析装置 (MESA) は、空気抵抗による衛星の減速を測定し、高度範囲 120 ～ 400 km (75 ～ 249 マイル) の大気の中性密度に関するデータを取得しました。この装置は、3 つの単軸加速度計で構成されており、2 つは宇宙船の XY 平面に、もう 1 つは Z 軸に沿って、互いに直角に取り付けられています。この装置は、プルーフ マスを中央に戻すために必要な静電力から、加えられた加速度を決定します。装置の出力は、加えられた加速度に比例したデジタル パルス レートです。この測定により、中性大気の密度を決定し、軌道調整推進システム (OAPS) の推力を監視して、衛星の最低高度を決定し、宇宙船のロールを測定し、姿勢検知情報を提供することができました。0.01° 未満の宇宙船の章動運動を監視しました。この装置には 3 つの感度範囲がありました。OAPS モニター モードで 8.E-3 地球の重力 (G)、 120 km (75 mi) (± 2%) から 280 km (170 mi) (± 10%) の間では 4.E-4 G、180 km (110 mi) (± 2%) から 400 km (250 mi) (± 10%) の間では 2.E-5 G。括弧内の数字は誤差を表します。さらに、抗力係数の不確実性により、最大 ± 5% の系統的誤差が生じる可能性があります。最高測定高度は、計器がフルスケールの 0.2% まで感知できると仮定して決定されました。^[7]

この実験は、エクスプローラー 51 (AE-C) 軌道全体で、1 ～ 72原子質量単位 (u) の質量範囲と 8.E1 ～ 5.E6 イオン/cc の周囲密度範囲にあるすべての熱イオン種の個々の濃度を測定するために飛行されました。地上コマンドによって、単位で表される次の 3 つの質量範囲の任意の組み合わせが選択されました。範囲 A、-1 ～ 4、範囲 B、-2 ～ 18、範囲 C、-8 ～ 72。各範囲は通常 1.7 秒 (軌道に沿って約 12 km (7.5 マイル)) でスキャンされました。通常の操作は、ABCABC のシーケンスで構成されていました (5.1 秒で 1 ～ 72 単位)。分光計の効率と質量識別を実験室と飛行中に決定することで、測定されたイオン電流を周囲濃度に直接変換できました。ガードリングは通常は接地電位だが、宇宙船が正電荷を帯びた場合など、必要に応じてコマンドで -6ボルトにすることもできる。7 ～ 5 サイクルのドリフトスペースを備えた 3 段ベネット管が飛行し、低高度でイオン濃度測定が行えるように改造された。ピークツーピークの 30 ボルト無線周波数 ( RF ) 電圧の周波数は、測定される質量範囲によって変化した。範囲 A は -10 MHz、範囲 B は -5 MHz、範囲 C は -2.5 MHz である。主なアナログ機器の出力は圧縮されたイオン電流スペクトルで、これは単一のテレメトリ チャネルで増幅システムの全ダイナミック レンジを表示する。オンボード データ処理は、イオン スペクトルの各ピークに対して 2 つのデジタル ワードの形式で主な実験データを読み出した。1 つの 8 ビット ワードはピーク振幅 (電流) を示し、もう 1 つの 8 ビット ワードはスイープ位置、つまり種の識別を示した。^[8]

静電容量マノメータは、主に宇宙船の運用に関するデータを提供するための工学実験でした。しかし、この実験のデータは、衛星の抗力を評価する際の加速度計やイオンゲージのデータとも相関していました。圧力センサー B (PSB) とも呼ばれるこのマノメータは、高度 200 km (120 マイル) 以下の地域の大気圧を測定しました。PSB ゲージの精度は、高度 120 km (75 マイル) で約 10%、高度 180 km (110 マイル) で約 40% でした。PSB は、平らに伸ばされ、放射状に張力をかけられた薄い膜で区切られた、2 つの球形の熱制御チャンバーで構成されていました。2 つの側面の圧力差によってダイヤフラムがたわむと、ダイヤフラムと隣接する電極間の静電容量が変化し、交流( AC) ブリッジ回路によって測定されました。空気は、宇宙船のスピン軸に対して垂直で、180° 離れた 2 つのポートからチャンバーの 1 つに流入しました。したがって、波動ラム圧力差は、宇宙船の各回転ごとに 2 回サンプリングされました。^[9]

この実験では、大気中中性物質の濃度の空間分布と時間的変化をその場で測定しました。さらに、これらの測定値を他の搭載実験、すなわち、オープン ソース分光計 (1973-101A-07)、太陽極端紫外線(EUV)分光光度計(1973-101A-06)、および密度加速度計 (1973-101A-02) から得られた測定値と比較することで、その場での測定技術に関する新たな知見が得られました。質量分析計センサーには、金メッキの ステンレス鋼製熱化チャンバーとイオン源、双曲ロッド四重極分析器、およびオフ アクシス電子増倍管が備えられていました。 5 つの異なる質量選択シーケンスが利用可能であり、原子質量単位 (u) で表すと、(a) 地球物理学的 - 1、2、4、合計、16、28、32、選択、40、(b) 分析的 - 12、14、18、20、22、30、44、較正、ゼロ、(c) 個別 - 選択、選択、選択、... (任意の質量 1 から 44)、(d) デジタルスイープ - 1、2、3、4、5、... 45 (3/16 単位ステップ)、(e) アナログスイープ - 2、3、4、5、... 45 (連続) となります。地上コマンドによって選択される 5 つの運用形式が利用可能であり、それぞれに上記の 5 つの質量選択シーケンスの異なる組み合わせが含まれていました。 「通常フォーマット」で動作している場合、分析装置は、水素、ヘリウム、酸素、窒素、アルゴンに重点を置いて、1 から 44 の範囲のすべての質量を測定します。別のフォーマットは、測定範囲内の個々のガス種の微量成分研究用に最適化されています。空間分解能は、主に宇宙船の動作モードによって決まります。軌道上では、密閉済みの分光計が開かれ、大気成分がナイフエッジのオリフィスを通過して熱化チャンバーとイオン源に入ります。選択されたイオンは、弱い集束レンズを通って四重極分析装置から出て、14 段の電子増倍管に加速され、そこで 90° 回転して最初のダイノードに衝突します。衝突するイオンごとに、増倍管の出力は 2.E6 個の電子のパルスでした。これらの出力パルスが測定を構成し、カウント率は選択された種のチャンバー密度に比例しました。これらの密度値は、その後、周囲の濃度に変換されました。分析装置は通常、質量範囲にわたって 1 単位 (u) の分解能で動作しました。0.015 秒の積分間隔で発生するパルスは、16 ビット カウンターで蓄積されました。密度の低い大気中の種については、各測定に複数の積分期間 (最大 16) が割り当てられました。自動的に選択された電離電子電流の範囲が使用されました。測定の全体的なダイナミック レンジは 1.E7 を超えました。^[10]

エクスプローラー 51 号 (AE-C) に搭載された冷陰極イオンゲージは、主に宇宙船の運用に関するデータを提供するための工学実験でした。しかし、この実験のデータは、衛星の抗力性能を評価するために加速度計や静電容量マノメータのデータと相関付けられました。圧力センサー A (PSA) とも呼ばれるイオンゲージは、地球表面から 120 km (75 mi) から 370 km (230 mi) の高さの領域で、1.3E-3 から 1.3E-7 mbの大気圧を測定しました。PSA の推定精度は ± 20% でした。円筒形のセンサーパッケージは、くさび形のオリフィス、接地電位に近い陰極、約 1300 VDC で動作する陽極、および約 1600ガウスの永久磁場で構成されていました。ゲージには電離電子の主要発生源はありませんでした。放電は電界放出によって開始され、1.3E-7 mb 以上の圧力で自己持続した。イオン電流はカソードで収集された。センサーは宇宙船に取り付けられ、オリフィスは軌道面に対して垂直な宇宙船の回転軸に垂直であった。この機器は、回転モードとデスピンモードの 2 つのモードで操作できる。宇宙船が回転モードの場合、PSA はラム圧と後流圧を交互にサンプリングした。宇宙船がデスピンモードの場合、PSA は移動方向から 30° を向いた。この実験のデータはテープに記録されず、リアルタイムで観察された。^[11]

CEP は、電子温度、電子とイオンの濃度、イオンの質量、宇宙船の電位を測定するように設計された 2 つの同一の機器で構成されていました。プローブの 1 つは宇宙船のスピン軸に沿って配置され (通常は軌道面に対して垂直)、もう 1 つは 15 秒のスピン周期ごとに速度ベクトルの方向を観測できるように放射状に配置されていました。各機器は、コレクターに配置された既知の電圧パターンに対して電流電圧 (IV) 曲線を生成する遅延電位ラングミュア プローブデバイスでした。電流の測定には電位計が使用されました。プラス 5 ボルトとマイナス 5 ボルトの間のコレクター電圧パターンを使用する 2 つの動作システム (2 つのモードを持つシステムと 3 つのモードを持つシステム) がありました。ほとんどのモードでは、IV プロファイルの関心領域で高解像度が得られるように、コレクター電圧制限 (および/または電位計出力) が自動または固定で調整されていました。各システムはプローブの 1 つだけを使用するように設計されていますが、バックアップの冗長性を提供するためにプローブを切り替えることができました。最も好ましいモードでの最良の測定では、1 秒の時間分解能が得られました。電子温度は300Kから10,000K（10%の精度）、イオン密度は10,000から10,000,000イオン/cc（10-20%の精度）、電子密度は50から1,000,000電子/cc、イオン密度が10,000イオン/ccを超える場合のイオン質量。各プローブには、円筒形のガードリングの中心軸から伸びるコレクター電極がありました。長さ2.5cm（0.98インチ）のガードリングは、25cm（9.8インチ）のブームの端にあり、コレクターはガードリングからさらに7.5cm（3.0インチ）伸びていました。ブーム、ガード、コレクターの直径は0.2cm（0.079インチ）でした。^[12]

極端太陽紫外線モニター (ESUM) は、200オングストローム(A) からライマンアルファ 1216 オングストロームまでの太陽 EUV フラックスの絶対広帯域分光放射測定を行い、太陽の自転あたり約 1% の時間変動を正確に測定しました。この機器は、酸化アルミニウム陰極を備えた 2 つの同一の窓なし EUVフォトダイオードと、2 セットの裏打ちされていない金属フィルター (アルミニウム、スズ、インジウム) とオープン位置を含むフィルター ホイールで構成されていました。可視光ダイオードがフィルターのピンホール透過率を測定し、白色光の背景を決定しました。+Z 宇宙船軸に対する機器の傾斜角度は、スピン モードとデスパン モードの両方で太陽を最大限観測できるように最適化されました。機器の視野は 60° でした。公称帯域幅（信号の50%）は270～550A、570～584A、800～935A、1216Aであった。^[13]

この実験では、0.2～25 keV のエネルギー範囲の電子と陽子による上層大気へのエネルギー入力を直接測定しました。この実験では、エネルギー流入と角度分布の差分測定値を取得しました。0.2～25 keV の電子と陽子を 16 対数間隔で測定する検出器が 2 つと、5 keV の電子を連続的に測定する検出器が 1 つありました。各検出器は、種とエネルギーを選択するための円筒形静電分析器と、粒子検出用のスパイラルトロン電子増倍管で構成されていました。エネルギー分布は、偏向板に異なる固定電圧または段階的電圧を印加することによって取得されました。角度分布は、宇宙船のスピンと宇宙船上の分析器の位置を使用して測定されました。デスピン モードでは、測定値は宇宙船の赤道に対して 45°、地球から半径方向に離れる方向で取得されました。すべての検出器は構造が同一で、1 x 6 mmの入口開口部を使用していました。カウントは55.7msにわたって蓄積され、各メインテレメトリフレーム（62.5ms）で読み出されました。2段階検出器は、同じ蓄積時間で各メインフレームに1回1エネルギーステップ移動し、ステップの完全なサイクルには約1秒かかりました。^[14]

磁気イオン質量分析計が飛行し、1～90原子質量単位（u）の質量範囲にある周囲のイオン種の濃度をその場で測定しました。この分析計は衛星の赤道上にスピン軸に対して垂直に取り付けられ、宇宙船がデスピン モードのときは入口開口部が前方を向いていました。電界と磁界は、磁気分析計の後に焦点面に沿って質量スペクトルを生成するように配置されました。質量比が1～4～16のイオンを同時に収集するために、焦点面に沿って適切な場所に3つのスリットが配置されました。電離層のイオンは、-1060～-225ボルトの負の電圧によって分析システム内に加速されました。同時に測定された3つの質量範囲は、1～4、4～16、および16～90単位でした。各スリットの後に、電子増倍管と対数電位計増幅器検出器が配置されました。検出器の出力は、アナログ出力として直接測定することも、スペクトル内の各ピークの振幅を決定する「ピーク」回路に供給することもできます。プライマリピークモードでは、各ピークの振幅のみが遠隔測定され、このモードでは、3 つの質量範囲すべてを同時にスキャンするのに必要な時間は 1 秒でした。他の動作モードも可能でした。アナログショートモードでは、3 つの質量範囲が 4 秒でスキャンされ、1 秒の「ピーク」モードスキャンと交互に行われました。アナログロングモードでは、8 秒のスキャンが必要で、これも 1 秒のピークモードスキャンと交互に行われました。ロックモードには、1 対 4 対 16 の比率で任意の質量数のセットを連続的に測定して、高い空間分解能を実現するオプションがありました。^[15]

この実験では、ナイフエッジのオリフィスを介して大気と結合された球状チャンバー内の分子窒素の瞬間密度を測定することにより、中性大気の運動温度を測定した。衛星の動きと方向の知識を用いて、スピン サイクルにわたって測定された分子窒素密度の変化を分析することで、スケールの高さとは無関係に周囲温度を決定できた。周囲の窒素密度の測定値も得られた。また、オリフィスの前に挿入されたバッフルを使用してチャンバーに入るガス粒子ストリームの一部を遮断し、中性温度の別の測定も行った。衛星がデスピン モードのとき、バッフルは段階的に振動して、オリフィス付きチャンバーで見られる粒子ストリームを遮断した。これらのチャンバー密度の変化から、中性ガスの運動温度が得られた。デュアル フィラメント イオン ソースがチャンバー内の熱化された分子窒素をサンプリングし、窒素チャンバー密度に比例するイオン ビーム密度を生成した。イオン化された窒素ビームは、質量電荷比 (M/Q) が 28 の粒子を電子増倍管に通すように調整された四重極分析器から放射された。出力パルスは増幅され、16 ビットのアキュムレータでカウントされた。この実験では、適切なモードにコマンドを投入すると中性大気の組成も測定され、初めて局所的な風 (垂直方向の動き) も測定された。風の値は、衛星の速度に対する「ストリーム」の位置を測定することで決定された。宇宙船がデスピン モードのときは、粒子ストリームがバッフルによって中断された場合を除き、窒素密度が測定された。センサーは打ち上げ前に真空密封され、宇宙船が軌道に乗った後に大気に開放された。^[16]

この実験の目的は、 1～48原子質量単位（u）の範囲の質量を持つ主要および微量の中性大気成分の両方をその場で直接測定することにより、熱圏の構造を制御する化学的、動的およびエネルギー的プロセスの研究に貢献することです。衝突イオン源を備えた二重収束マタウチ・ヘルツォク磁気偏向質量分析計が飛行しました。2つのイオンコレクターが組み込まれ、8倍の質量差を持つイオンを測定しました。つまり、カバーされる2つの質量範囲は、1～6単位と6～48単位です。イオン源では、中性種は電子衝突によってイオン化されました。高度380 km（240 mi）を超えると、個々のイオンをカウントする電子増倍管を使用してイオン電流が測定されました。カウントは、異なる質量数に自動的に切り替わる前に、1/20秒間蓄積されました。完全な質量スペクトルを掃引できる一方で、一般的な動作モードではピークステッピングが採用され、質量スペクトルの主なピークの読み取りは約 0.5 秒ごとに繰り返され、他の種ではより低い頻度で繰り返されました。380 km (240 マイル) 未満のデータは電位計を使用して測定されました。ピークステッピングモードに加えて、地上コマンドによって選択される他のいくつかの動作モードがありました。フライスルーモードでは、イオン源電圧は、イオンの形成時に電子ビームからイオンを引き出す電界が存在しないように調整されました。イオン源に衝突する周囲の粒子は 0.1 eV 未満のエネルギーを保持しましたが、これはビーム内のイオンを保持する負の空間電荷ポテンシャルを克服するには十分ではありませんでした。イオン源に衝突しなかった周囲の粒子は、イオン化後も数 eV の入射エネルギーを保持し、分析装置の加速領域に逃げました。電子加速電位は通常モードでは75 eV、フライスルーモードでは25 eVであった。別の動作モードでは、装置は、例えば質量16と32の間、または質量28と32の間など、特に興味のある質量のシーケンスに自動的に切り替わった。^[17]

この実験は、1～500 eV のエネルギーを持つ熱圏内の電子の強度、角度分布、エネルギー スペクトル、および磁力線に沿った正味の流れに関する情報を提供するために設計されました。この機器は、反対方向を向いた 2 つの同一の半球型静電分析装置と 30 の動作モードで構成されていました。各分光計の相対エネルギー分解能は ± 2.5%、幾何学的係数は電子エネルギーとは無関係に 0.001 cm ² sr 程度でした。0～25、0～100、または 0～500 eV の 3 つのエネルギー範囲を感知できました。これらの間隔からの測定値は、5 つの異なる方法で順序付けできました。データは、どちらかのセンサーから別々に取得することも、0.25～8 秒の時間分解能で交互に取得することもできます。宇宙船のクロックによって決定される 2 つの偏向電圧スキャン レートがありました。この電圧は 64 段階で変更され、テレメトリ フレームごとに 4 または 16 段階で実行されました。 16フレーム/秒では、1秒間に64ポイントのスペクトル1つまたは16ポイントのスペクトル4つを選択できる。最長（8秒）のデータサイクルは、最低、中、最低、最高のエネルギー範囲（この順序）でそれぞれ1秒間、電圧ステップを増加させて観測するものである。電圧ステップを減少させて繰り返し、サイクルを完了する。^[18]

この実験は、イオンのベクトルドリフト速度、イオン濃度と温度、および宇宙船の電位を測定するために設計されました。イオン濃度センサーからは、電離層不規則性指数も得られました。この実験は、4 つの平面センサー ヘッドを備えた減速電位分析装置で構成されていました。イオン ドリフト測定に使用されたセンサー ヘッドは、別のヘッドと同じ場所に配置され、すべてが衛星赤道から外側を向いてほぼ等間隔に配置されていました。衛星のスピン軸は軌道面に対して垂直であるため、これらのヘッドは、宇宙船のスピン モードまたはデスパン モードのいずれでも、宇宙船の速度ベクトルに沿って観測できます。この実験の主な目的は、正確なイオン温度を提供することであり、他の測定は二次的な重要性しかありませんでした。センサー ヘッドのうち 3 つは類似していました。これらには、接地された入口グリッド 2 つ、減速グリッド 2 つ、サプレッサー グリッド、シールド グリッド、およびコレクターがありました。線形スイープ電圧 (32 または 22 から 0 ボルト、上下) が、通常、0.75 秒で減速グリッドに適用されました。得られた電流電圧プロファイルを解釈すると、イオン温度、イオンと電子の濃度、イオン組成情報、ビークル電位、速度ベクトルに平行なプラズマドリフト速度がわかりました。3 つの類似センサーのうち 2 つには、電子測定中に内部グリッドをイオン衝撃から保護するために、入口グリッドと減速グリッドの間に追加のグリッドがありました。これら 2 つのセンサーのもう 1 つの重要な特徴は、コレクターに小さな正のバイアスをかけ、熱電子がコレクターに十分アクセスできるようにすることです。減速グリッドを一定のゼロボルトにすると、3 秒間の電流​​変化を観察してイオン濃度の勾配を取得できます。電子パラメータはイオンと同様の方法で測定されました。質量範囲 1 ～ 4、14 ～ 16、24 ～ 32、および 40 原子質量単位を超えるイオンを識別できます。4 つ目のセンサー ヘッドはイオンドリフト速度測定用で、4 つの接地グリッド、負にバイアスされたサプレッサー グリッド、および 4 セグメント コレクターで構成されていました。様々なコレクタセグメント電流の違いからイオンドリフトの方向成分情報が得られる。^[19]

極端紫外線分光計 (EUVS) は、140 ～ 1850 A の波長範囲における太陽 EUV フラックスの変動と、さまざまな固定波長における大気の減衰を観測するために使用されました。これにより、定量的な大気構造と組成データが得られました。この機器は、入口コリメートに平行スリット システムを使用し、出口スリットに光電検出器を備えた 24 個の斜入射格子モノクロメータで構成されていました。これらのモノクロメータのうち 12 個には波長スキャン機能があり、それぞれ 128 個の選択可能な波長位置があり、これらの位置を自動的にステップ スキャンすることもできます。他の 12 個のモノクロメータは、大気吸収分析を支援するために、固定波長で動作し、視野は太陽全体よりも小さいものでした。スペクトル分解能は、機器によって 2 ～ 54 A でした。視野は、60 x 60分角から3 x 6 分角まででした。 24 個のモノクロメータ入射軸はすべて平行に整列していた。太陽指向システムは 256 個の異なる位置を指向し、16 ステップの 1 次元スキャンまたは 256 ステップのラスターを実行できる。時間分解能は、12 個の固定波長を観測する場合の 0.5 秒から、あらゆるモードで EUVS をプログラムする場合の 256 秒まで変化した。^[20]

この工学実験では、低近地点での衝突温度を測定した。^[21]

この紫外線一酸化窒素実験 (UVNO) は、2149 A を中心とする 15 A 領域の (1, 0) ガンマ帯域の大気光を計測する 2 チャンネル固定格子 Ebert-Fastie 分光計で構成されていました。観測された強度は、機器の視野内にある一酸化窒素分子による太陽光の共鳴蛍光によって生成されました。得られた強度プロファイルから、時間と場所の関数としての一酸化窒素密度の高度プロファイルが得られました。プロファイルは、衛星が地球の太陽光側にあったときに、衛星の軌道に沿って計測されました。UVNO実験のリモート センシング特性により、衛星の近地点の上下両方の高度で一酸化窒素を計測することができました。宇宙船が回転すると、衛星の縁から外を見る分光計の視野が大気中を繰り返し下って地球の縁まで移動し、放出された大気光の強度の高度プロファイルが得られました。ある高度以下では、2149 A で測定された信号はレイリー散乱太陽光によって汚染されていた。この汚染を補正するために、2 番目のチャネルは 2190 A を中心とする 12 A 領域での散乱光強度のみを測定した。2 つのチャネルは光学的にも電気的にも独立していた。一酸化窒素の大気光の強度は、これら 2 つの測定値の差をとることによって決定された。センサーの球面溶融石英望遠鏡ミラーは焦点距離が 125 mm で、入射光を分光計の入口スリットに集束させた。このスリットから、光はエバート ミラーの半分に当たり、格子上に平行化された。3600 ライン/mm の格子は、光を平行化してミラーのもう半分に戻し、光は 2 つの出口スリットに集束された。分光計の視野は 4° X 1/4° で、長軸は宇宙船の回転軸と平行であり、したがって観測される縁と平行であった。通常の動作では、各チャンネルは20.8ms積分され、10.4ms間隔で交互に読み出されました。機器は軸外の非分散光の内部散乱による汚染から保護されていました。^[22]

この実験には、3000 から 7500 A のスペクトル範囲でさまざまな大気光とオーロラの特徴を測定するように設計されたフィルター光度計が含まれていました。この実験から得られた主な情報は、熱圏の原子および分子成分の励起率でした。エクスプローラー 51 (AE-C) ミッションでは、大気の光化学エネルギー バランス (オングストローム単位) に重要な役割を果たす次の 6 つの特定の線とバンドが研究対象として選択されました: 3371、4278、5200、5577、6300、および 7319。放射は、5577 と 6300、7319 と較正、3371 と 5577、5200 と 7319、4278 と 3371、較正と 5200、および 6300 と 4278 のペアで測定されました。2 つの光学系は、互いに直角に観察されます。それぞれは、視野を定義するために単純な対物レンズと視野絞りの組み合わせを採用し、多段の光バッフルを備えていました。広角高感度システム (指定チャネル 2) は、半角 3° の視野を持ち、夜光、衛星上の昼光、その他の微弱放射特性の測定に使用されました。感度の低いシステム (指定チャネル 1) は、半角約 0.75° の視野を持ち、昼光と夜光の地平線の測定、および強い空間勾配を示す個別のオーロラ特性の測定に使用されました。両方の光学チャネルの直径は 2.2 cm (0.87 インチ) でした。これらは、上記の波長と他の 2 つの位置での 6 つの干渉フィルターを含むフィルター ホイールを共有していました。1 つはノイズ測定用の暗い位置で、もう 1 つは較正された位置でした。機器のダイナミック レンジは、1.E16 光子 / sm ² (1.E6レイリー) でした。背景のカウント率に顕著な増加を起こさずに、表面輝度の大きな変化に数分の1秒で反応するために、各センサーには1/100減衰器とカソードを逆バイアスする電子回路が含まれていました。これらの保護機能により、太陽を直接観測してから120ミリ秒以内に、背景の明らかな増加を起こさずに暗い特徴を測定することができました。カソードに到達した光子は、パルスカウントシステムを使用して記録されました。^[23]

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